物理力学实验题4

2探究功与速度变化的关系（高考物理力学实验）组卷老师：莫老师一．实验题（共50小题）1．如图为“验证动能定理”的实验装置，用拉力传感器记录小车受到拉力F的大小，在长木板上相距适当距离的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车通过A、B时的速率，要求拉力传感器的示数即为小车所受的合外力。

（1）为了完成实验，除了测量小车受到拉力的大小F、小车通过A、B时的速率v A和v B外，还需要测量（写出物理量的名称和符号）；需要验证的物理关系式为（2）与本实验有关的下列说法正确的是A．要调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力B．应先释放小车，再接通速度传感器的电源C．改变所挂钩码的数量时，要使所挂钩码的质量远小于小车质量D．该实验装置也可以用来验证牛顿第二定律。

2．图1示为“探究合力功与物体动能变化的关系”的实验装置，只改变重物的质量进行多次实验，每次小车都从同一位置A由静止释放．请回答下列问题：（1）用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，其示数如图2所示，则d=mm．（2）按正确实验操作后，为了尽可能减小实验误差，若传感器的示数为F，小车总质量为M，重物的总质量为m，A、B两点间的距离为L，遮光条通过光电门的时间为t，则需要测量的物理量是．（填选项）A．M、m、L B．F、M、L、t C．F、m、L、t D．F、M、L （3）在实验误差允许范围内，关系式成立．（用测量的物理量表示）3．某学习小组用如图所示的实验装置探究动能定理．他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放．（1）下列实验要求中不必要的一项是（请填写选项前对应的字母）．A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使A位置与光电门间的距离适当大些C．应将气垫导轨调至水平D．应使细线与气垫导轨平行（2）实验时保持滑块的质量M、遮光条宽度d和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是（请填写选项前对应的字母）．A．t﹣F图B．t2﹣F图C．﹣F图D．﹣F图．4．某同学为了探究杆转动时的动能表达式，设计了如图所示的实验：质量为m 的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处，杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度v A，并记下该位置与转轴O的高度差h．（1）调节h的大小并记录对应的速度v A，数据如表．为了形象直观地反映v A和h的关系，应选择（填“v A”、“v A﹣1”、“v A2“）为纵坐标，并在坐标纸这表明纵坐标，画出图象．选择适当的纵坐标并画出图象2．（2）当地重力加速度g取10m/s2，结合图象分析，杆转动时的动能E k=（请用质量m、速度v A表示）．5．科技研究小组成员陈俊宇同学，计划通过物体在斜面上运动的实验探究“合外力做功与物体速度变化的关系”，实验装置如图甲所示，MN为一块倾斜放置的木板，在N处固定一个速度传感器（用来测量物体每次通过N点的速度），每次实验，物块都从斜面上由静止释放．（1）为了记录实验数据，陈俊宇同学设计了以下表格，其中x代表滑块在斜面上无初速度释放时的初始位置到速度传感器的距离，v表示物体每次通过N点的速度，请根据该同学的实验数据在图乙的坐标图中描绘x﹣v图象．（2）绘制的x﹣v图象是一段曲线，请判断该曲线向下延长后（填“过”或“不过”）坐标原点，理由是（3）为了便于得出实验结论，应当采用“化曲为直”的方法，使图象变为过原点的一条直线，该同学应当进一步绘制图象（4）该同学的探究过程中，物块的质量m、木板的倾角θ和木板与物块间的动摩擦因数μ，物块下滑的位移x，物块运动的速度v，请运用这些物理量推导出上述第（3）问中函数表达式6．某兴趣小组利用如图甲所示的装置来“探究合外力对小车P和钩码Q做的功等于它们动能的变化”．在一端带有定滑轮的长木板上相隔x的两处安装上两个光电门A、B，小车P上固定一宽度为d的遮光条，当光线被遮光条遮挡时，两光电门A、B就采集数据，小车P和在细线的牵引力作用下做加速运动，遮光条经过两个光电门传感器A、B的时间分别为△t1、△t2，则（1）实验前，长木板的左端被垫起一些，使小车在不受拉力作用时做匀速直线运动，这样做的目的一定是．A、为了平衡摩擦力B、增大小车下滑的加速度C、可使得细绳对小车做的功等于合外力对小车做的功D、可以用质量较小的砝码拉动小车，以满足砝码的质量远小于小车的总质量（2）用游标卡尺测量小滑块的宽度d，示数如图乙所示，读出滑块的宽度d= cm．（3）质量为M的小车P用细线跨过长木板右端的定滑轮与质量为m的钩码Q 相连，将小车P由图甲所示位置释放，那么，满足关系式（用题中字母表示）时，表明在上述过程中合外力对小车和钩码做的功等于它们的动能的变化．7．用如图1所示装置做“验证动能定理”实验，实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面．（1）为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是（选填选项前得字母）．A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行D．所加钩码的质量尽量大一些（2）甲同学经过认真、规范地操作，得到一条点迹清晰的纸带．他把小车开始运动时打下的点记为O，再依次在纸带上取等时间间隔的1、2、3、4、5、6等多个计数点，可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度v，图2是根据这些实验数据绘出的v2﹣s图象．已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg，小车中砝码的总质量为0.100kg，取重力加速度g=9.8m/s2，则由图象可知小车的质量为kg（结果保留两位有效数字）．（3）在钩码质量远小于小车质量的情况下，乙同学认为小车所受拉力大小等于钩码所受重力大小．但经多次实验他发现拉力做的功总是要比小车动能变化量小一些，造成这一情况的原因可能是（选填选项前的字母）．A．滑轮的轴处有摩擦B．小车释放时离打点计时器太近C．长木板的右端垫起的高度过高D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力．8．图1是小明探究橡皮筋弹力做的功W与小车动能变化△E k间的关系的装置图，长木板放在水平桌面上，橡皮筋的两端分别与小车和挡板相连．实验中，通过增减橡皮筋的根数来改变弹力所做的功．（1）下列实验操作正确的是A．实验时，应先释放小车，然后接通电源B．增加橡皮筋根数时，应选取相同的橡皮筋C．每次应将小车拉到相同的位置由静止释放D．实验前应先平衡小车在木板上所受的摩擦力（2）图2是某次实验中的一条纸带，相邻计数点间时间T=0.02s．为得到本次实验小车动能的变化，你求得的小车速度v=m/s；（3）由实验数据画出的W﹣△E k图象如图3所示，小明认为由图象能得出“橡皮筋弹力做的功等于小车动能变化”的实验结论，你同意吗？（选填“同意”或“不同意”），你的理由是．9．为验证动能定理，某同学设计了如下实验．将一长直木板一端垫起，另一端侧面装一速度传感器，斜面的倾角为θ，一滑块与木板之间的动摩擦因数为μ，让该滑块由静止从木板上h高处（从传感器所在平面算起）自由滑下，测出滑块通过传感器时的速度v，（重力加速度为g）．（1）为验证动能定理成立，只需验证h和v满足函数关系式即可．（用g、θ、μ表示）（2）该实验中，用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为d=mm，遮光条通过光电门时，显示时间为t=0.002s，则物块通过光电门时的瞬时速度v=m/s．（3）让滑块分别从不同高度无初速释放，测出滑块释放的初位置到光电门所在平面的高度h1、h2、h3…，读出滑块上遮光条每次通过光电门的时间，计算出遮光条每次通过光电门的速度v1、v2、v3…．某同学利用测量的数据绘制出了如图丙所示的h﹣v2图象，并测出该图线的斜率为k，若该实验中滑块和木板之间的摩擦因数μ未知，则可求出μ=．（仅用g、θ、k表示）10．物理爱好者陈向阳同学，为了深入研究“动能定理或功能关系”，利用气垫导轨独立设计了如图甲所示的实验裝置．劲度系数k=100N/m的弹簧一端固定在导轨左端，右端紧靠质量m=1kg的滑块，但不连接．①测量遮光条的宽度d；利用游标卡尺测量，示数如图乙所示，则d=mm．②测量弹簧的压缩量△x：陈向阳同学打开气源，调节气垫导轨至水平，并使滑块悬浮在导轨上，向左推滑块使弹簧压缩△x，然后释放滑块，遮光条通过光电门的时间△t=1×10﹣3s，请你推断弹簧压缩量△x=．（弹性势能与压缩量的关系式E p=，结果保留两位有效数字）11．某实验小组利用如图1所示的实验装置探究小车运动的位移与速度的关系．实验操作如下：（1）在小车上固定一挡光片，用游标卡尺测量挡光片的宽度d．（2）长木板放在水平桌面上，一端用木块垫起，在距离木板O点为l的位置固定一个光电计时器，能记录挡光片通过光电计时器的时间．（3）小车从O点由静止释放，运动过程中通过光电计时器，记录时间为t．（4）调整光电计时器距离O的位置，记录下距离l．（5）小车每次从O点由静止释放，记录对应的时间t．请回答下列问题①用游标卡尺测挡光片的宽度，示数如图2所示，则d=cm．②光电计时器在某位置时记录的时间为0.0105s，则小车经过该位置时速度v= m/s．（保留两位有效数字）③通过记录的一系列l和t，处理数据后得到l﹣v的关系图如图3所示，发现根据图象不能确定l和v的函数关系，请你提出方案来帮助该小组同学确定l和v 的关系．12．用如图1所示装置做“验证动能定理”的实验．实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面．①为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是（选填选项前的字母）．A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行D．所加钩码的质量尽量大一些②图2是某次实验中打出纸带的一部分．O、A、B、C为4个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出，所用交流电源的频率为50Hz．通过测量，可知打点计时器打B点时小车的速度大小为m/s．③甲同学经过认真、规范地操作，得到一条点迹清晰的纸带．他把小车开始运动时打下的点记为O，再依次在纸带上取等时间间隔的1、2、3、4、5、6等多个计数点，可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度v．图3是根据这些实验数据绘出的v2﹣s图象．已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg，小车中砝码的总质量为0.100kg，取重力加速度g=9.8m/s2，则由图象可知小车的质量为kg（结果保留两位有效数字）．④在钩码质量远小于小车质量的情况下，乙同学认为小车所受拉力大小等于钩码所受重力大小．但经多次实验他发现拉力做的功总是要比小车动能变化量小一些，造成这一情况的原因可能是（选填选项前的字母）．A．滑轮的轴处有摩擦B．小车释放时离打点计时器太近C．长木板的右端垫起的高度过高D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力．13．某同学利用如图甲所示的装置验证动能定理，图甲中一端带滑轮的长木板放在水平桌面上，接通打点计时器电源后释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点如图乙所示．图中A、B、C、D、E是计数点，相邻计数点间的时间间隔均为T，钩码质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g=9.8m/s2，（1）打下计数点B时，小车的速度为．（2）若测得小车运动中受到的摩擦阻力f，从打点计时器打下B点到打下D点的过程中，对钩码与小车组成的系统，合外力做的功为W=；钩码与小车组成的系统动能的增加量△E k=．（以上三空用M、m、g、f、T、x1、x2、x3、x4中相关符号表示）．若合外力做功在误差范围内与系统动能的增加量相等，则动能定理成立．14．某同学想用DIS来探究合力的功与物体动能变化的关系，某实验小组的实验装置如图所示．位移传感器1（发射器）随小车一起沿轨道运动，位移传感器2（接受嚣）固定在轨道左端．传感器结合计算机可以显示小车的位移、瞬时速度随时间变化的规律．（1）为保证把重物受到的重力作为对小车的拉力，实验时先平衡小车所受的摩擦力，那么平衡好摩擦力的标志是（未悬挂重物）计算机显示屏上的位移一时间图象应为．（填选项的字母）（2）该同学经过认真操作后，发现拉力做的功总是明显大于小车动能的变化量，那么造成误差较大的主要原因是．15．某学习小组用图甲所示的实验装置探究动能定理．小车的长度为d，A、B 处分别为光电门，可测得小车通过A、B处所用的时间；用小车通过光电门的平均速度表示通过A、B点时的速度，钩码上端为拉力传感器，可读出细线上的拉力F．适当垫高木板O端，使小车不挂钩码时能在长木板上匀速运动．挂上钩码，从o点由静止释放小车进行实验．（1）某次实验中质量为m的小车通过A、B光电门的时间分别为t A、t B，则小车由A运动到B动能变化量△E k=；（2）保持拉力F=0.2N不变，仅改变光电门B的位置，读出B到A的距离s，记录对于的s和t B数据，画出s﹣v图象如图乙所示．根据图象可求得小车的质量m=㎏，A离O点的记录L=m；（3）小车中点通过光电门的速v中点，与小车通过光电门的平均速度v平均相比，v平均v中点（填“＞”“=”“＜”）；（4）该实验中不必要的实验要求有A．钩码和拉力传感器的质量远小于小车的质量B．画出s﹣v图象需多测几组s、t B的数据C．测量长木板垫起的高度和木板长度D．选用长度小一些的小车．16．在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图1所示的实验装置．（1）实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是（填选项前的字母）．A．保证钩码的质量远小于小车的质量B．选取打点计时器所打第1点与第2点间的距离约为2mm的纸带来处理数据C．把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力D．必须先接通电源再释放小车（2）如图2所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为M，钩码的总质量为m．从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功是，小车动能的增量是．（用题中和图中的物理量符号表示）17．某实验小组用如图所示的装置探究动能定理，并测量当地的重力加速度．将小钢球从固定轨道倾斜部分某处由静止释放，经轨道末端水平飞出，落到铺着白纸和复写纸的水平地面上，在白纸上留下点迹．为了使问题简化，小钢球在轨道倾斜部分下滑的距离分别为L、2L、3L、4L…，这样在轨道倾斜部分合外力对小钢球做的功就可以分别记为W0、2W0、3W0、4W0…．（1）为了完成实验，除了测量小钢球离开轨道后的下落高度h和水平位移s，还需测量．A．L、2L、3L、4L…的具体数值B．轨道与小钢球之间的动摩擦因数μC．小钢球的质量m（2）请用上述必要的物理量写出探究动能定理的关系式：W=；（3）为了减小实验误差必须进行多次测量，在L、2L、3L、4L…处的每个释放点都要让小钢球重复释放多次，在白纸上留下多个点迹，那么，确定砸同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是；（4）该实验小组利用实验数据得到了如图所示的图象，则图象的横坐标表示（填“s”或“s2”）．若该图线的斜率为k，则当地的重力加速度g=（用题中相关的物理量表示）．18．某实验小组采用如图1所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50Hz．（1）实验中木板略微倾斜，这样做．A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑B．是为了增大小车下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W2…橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带（如图2所示）求得小车获得的速度为m/s．（保留三位有效数字）（3）若根据多次测量数据画出的W﹣v图象如图3所示，根据图线形状，可知对W与v的关系符合实际的是图．19．探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图甲所示，根据实验中力传感器读数和纸带的测量数据等可分別求得外力对小车做的功和小车动能的变化．（1）关于该实验，下列说法中正确的有A．平衡摩擦力时，调整垫块的高度，改变钩码质量，使小车能在木板上做匀速运动B．调整滑轮高度，使连接小车的细线与木板平行C．实验中要始终满足钩码的质量远小于小车质量D．若纸带上打出的是短线，可能是打点计时器输入电压过高造成的（2）除了图甲中注明的器材外，实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和．（3）某次实验中打出了一根纸带，其中一部分如图乙所示，各个打点是连续的计时点，A、B、D、E、F各点与O点间的距离如图，设小车质量为m，打点周期为T，本次实验过程中力传感器的读数为F，则A到E过程外力做功W=，小车动能变化△E k=；在不同次实验中测得多组外力做功W i和对应的动能变化△E ki的数据，作出W﹣△E k图象如图丙所示，图线斜率约等于1，由此得出结论是；（4）若实验结果显示拉力F做的功W总略小于小车动能的变化△E k，请分析出现这种情况的可能原因是．20．如图1所示，某研究性学习小组为探究“物体的动能与速度关系”设计了如下实验：平直轨道B固定在水平桌面上，弹射装置A固定于轨道上，小球被劲度系数较大的压缩弹簧弹出后从轨道端点O画出做平抛运动落至地面，已知弹簧的弹性势能的表达式E P=kx2，式中的k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量．（1）为减少实验误差，弹射装置距离轨道端点O应该（选填“近些”或“远些”）（2）要探究动能与速度的关系，实验中是否一定要测量桌面的高度，（选填“是”或“否”）；（3）在实验过程中改变弹簧的压缩量x，并测出与其对应的小球做平抛运动的水平位移s，实验数据如下表表示在坐标纸中根据已描出的点作出合理的图线．（4）根据（3）中所作出的图象，可以得出动能E k与速度v的关系：；请简要说明理由．21．某同学设计了如图甲所示的实验装置来验证“动能定理”，一个电磁铁吸住一个小钢球，将电磁铁断电后，小钢球由静止开始向下加速运动，小钢球经过光电门，计时装置记录小钢球通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1和t2，用刻度尺测得两光电门中心之间的距离为h，已知当地重力加速度为g（1）该同学用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如图乙所示，小钢球的直径d=cm（2）小钢球通过光电门1时的速度大小为（3）若上述测量的物理量满足关系式，则动能定理得以验证．（2、3问用所测物理量的字母表示．22．在“探究动能定理”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置，在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N滑块上固定一遮光条，细线绕过定滑轮滑块与力传感器相连，传感器下发悬挂钩码，已知遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总质量为m．（1）接通气源，滑块从A位置由静止释放，读出遮光条通过光电门M、N的时间分别为t1、t2，力传感器的示数F，改变钩码质量，重复上述实验．①为探究在M、N间运动过程中细线拉力对滑块做的功W和滑块动量增量△E k 的关系，还需要测量的物理量（写出名称及符号）；②利用实验中直接测量的物理量表示需探究的关系式为．（2）保持钩码质量不变，改变光电门N的位置，重复实验，根据实验数据做出从M到N过程中细线拉力对滑块做的功W与滑块到达N点时速度二次方v2的关系图象，如图乙所示，则图线的斜率表示，图线在横轴上的截距表示．（3）下列不必要的实验操作和要求有（请填写选项前对应的字母）A．测量钩码的质量B．调节气垫导轨水平C．调节滑轮细线与气垫导轨平行D．保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量．23．利用图甲装置可用来探究动能定理和探究物体的加速度与合外力、质量的关系等试验．某实验小组利用该装置来探究物体的加速度与合外力、质量的关系．其AB是水平桌面，CD是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在模板上的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出），间距为s．小车上固定着挡光片M，测得挡光片M的宽度为d，让小车从木板的顶端滑下，与两个光电门各自连接的计时器显示挡光片M的挡光时间分别为t1、t2，（1）用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图丙所示，则d=cm．（2）该实验中，在改变小车的质量M或钩码的总质量m时，需要保持M远大于m，这样做的目的是．（3）某位同学通过测量，计算得到如下数据，请在图乙中做出小车加速度与所受合外力的关系图象．（4）由图象可以看出，该实验存在着较大的误差，产生误差的主要原因是．（5）若用该装置来“探究合外力对物体做功与物体动能变化的关系”：他们进行了如下的一些操作或步骤，其中需要且正确的是A、利用天平测出小车的质量为200g和一组钩码的质量：5g、10g、40g、50g；B、平衡小车所受的阻力：不挂钩码，用小垫块调整木板左端的高度，接通打点计时器的电源，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列间隔均匀的点；C、他们挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩上，打开电磁打点计时器的电源，释放小车，打出一条纸带；D、再在小车里放上30g的钩码，接着该组同学又重复了步骤B、C各一次．24．利用如图1所示的实验装置，可以进行“探究功与速度变化的关系”实验，某同学实验中得到了如图2所示的一条纸带．（1）小车在运动中会受到阻力，可以使木板略微倾斜作为补偿，在平衡小车摩擦力的过程中，小车应与连接（填“纸带”或“重锤”）（2）打点计时器在打B点时小车的速度为m/s；（3）以O点为位移的起始点，为探究重锤重力做的功W与系统速度v变化的关。